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Android -- 网络管理分析

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在当前网络成为必不可少的条件时,android系统也集成的wifi,bluetooth,eth,cablemodem等等,为了将其它网络加入进来,大致浏览一下网络管理的相关分析,重点看了wifi的管理,还是绕了很多弯弯的。

 

在 ConnectivityManager.java 中定义的有如下类型:
public static final int TYPE_MOBILE      = 0;
public static final int TYPE_WIFI        = 1;
public static final int TYPE_MOBILE_MMS  = 2;
public static final int TYPE_MOBILE_SUPL = 3;
public static final int TYPE_MOBILE_DUN  = 4;
public static final int TYPE_MOBILE_HIPRI = 5;

public static final int TYPE_WIMAX = 6;

 

/* 这是在机顶盒上为android系统添加的网络类型 */
public static final int TYPE_PPPOE = 7;
public static final int TYPE_ETHERNET = 8;
public static final int TYPE_CABLEMODEM = 9;

public static final int DEFAULT_NETWORK_PREFERENCE = TYPE_WIFI;
设置了默认的网络连接是TYPE_WIFI

而android系统中对众多的网络类型进行管理其整个流程是怎样的呢?下面就来分析一下吧。

系统中对网络的判断和选在是在 ConnectivityService.java 这个服务中来处理的,在系统启动的时候会启动这个系统服务,
而在系统启动完毕后,ConnectivityService在系统启动的时候就启动了。

用户操作的类是 ConnectivityManager.java 通过aidl访问 ConnectivityService.java提供的服务。
public class ConnectivityService extends IConnectivityManager.Stub 
看定义就相当明确了。。

1、网络服务启动
SystemServer启动 ConnectivityService,ConnectivityService 服务中启动对网络的监视器
在SystemServer的run()函数中,启动 ConnectivityService 的代码:
  1. try {  
  2.     Slog.i(TAG, "Connectivity Service");  
  3.     connectivity = ConnectivityService.getInstance(context);  
  4.     ServiceManager.addService(Context.CONNECTIVITY_SERVICE, connectivity);  
  5. catch (Throwable e) {  
  6.     Slog.e(TAG, "Failure starting Connectivity Service", e);  
  7. }     
  8.   
  9.   
  10. f (connectivityF != null) connectivityF.systemReady();  


2、增加定义网络类型
framework/base/core/res/res/values/config.xml中定义了网络的类型
类型定义如下:
    <!-- This string array should be overridden by the device to present a list of network
         attributes.  This is used by the connectivity manager to decide which networks can coexist
         based on the hardware -->
    <!-- An Array of "[Connection name],[ConnectivityManager connection type],
         [associated radio-type],[priority]  -->
    <string-array translatable="false" name="networkAttributes">
        <item>"wifi,1,1,2"</item>
        <item>"mobile,0,0,3"</item>
        <item>"mobile_mms,2,0,4"</item>
        <item>"mobile_supl,3,0,4"</item>
        <item>"mobile_hipri,5,0,5"</item>        
        <item>"pppoe,7,7,1"</item>
        <item>"ethernet,8,8,0"</item>
   <item>"cablemodem,9,9,0"</item>
     </string-array>
     
     !!!!! 参考 NetworkAttributes 类定义即明白什么意思了

    <!-- This string array should be overridden by the device to present a list of radio
         attributes.  This is used by the connectivity manager to decide which networks can coexist
         based on the hardware -->
    <!-- An Array of "[ConnectivityManager connectionType],
                      [# simultaneous connection types]"  -->
    <string-array translatable="false" name="radioAttributes"> 
      <item>"9,1"</item>
     <item>"8,1"</item>
     <item>"7,1"</item>
      <item>"1,1"</item>
      <item>"0,1"</item>
    </string-array>

!!!! 参考 RadioAttributes 类定义即明白什么意思了

这里代表什么含义呢?在 ConnectivityService内部,定义了两个类用于解析xml文件中内容。
  1. private static class NetworkAttributes {  
  2.     /** 
  3.      * Class for holding settings read from resources. 
  4.      */  
  5.     public String mName;  
  6.     public int mType;  
  7.     public int mRadio;  
  8.     public int mPriority;  
  9.     public NetworkInfo.State mLastState;  
  10.     public NetworkAttributes(String init) {  
  11.         String fragments[] = init.split(",");  
  12.         mName = fragments[0].toLowerCase();  
  13.         mType = Integer.parseInt(fragments[1]);  
  14.         mRadio = Integer.parseInt(fragments[2]);  
  15.         mPriority = Integer.parseInt(fragments[3]);  
  16.         mLastState = NetworkInfo.State.UNKNOWN;  
  17.     }  
  18.     public boolean isDefault() {  
  19.         return (mType == mRadio);  
  20.     }  
  21. }     
  22.   
  23. private static class RadioAttributes {  
  24.     public int mSimultaneity;  
  25.     public int mType;  
  26.     public RadioAttributes(String init) {  
  27.         String fragments[] = init.split(",");  
  28.         mType = Integer.parseInt(fragments[0]);  
  29.         mSimultaneity = Integer.parseInt(fragments[1]);  
  30.     }  
  31. }  

网络有优先级之分,优先级高的先被执行,这是通过如下代码进行分配的:
  1. // high priority first  
  2. mPriorityList = new int[mNetworksDefined];  
  3. {  
  4.     int insertionPoint = mNetworksDefined-1;  
  5.     int currentLowest = 0;  
  6.     int nextLowest = 0;  
  7.     while (insertionPoint > -1) {  
  8.         for (NetworkAttributes na : mNetAttributes) {  
  9.             if (na == nullcontinue;  
  10.             if (na.mPriority < currentLowest) continue;  
  11.             if (na.mPriority > currentLowest) {  
  12.                 if (na.mPriority < nextLowest || nextLowest == 0) {  
  13.                     nextLowest = na.mPriority;  
  14.                 }  
  15.                 continue;  
  16.             }  
  17.             mPriorityList[insertionPoint--] = na.mType;  
  18.         }  
  19.         currentLowest = nextLowest;  
  20.         nextLowest = 0;  
  21.     }  
  22. }  

其中,TYPE_MOBILE_HIPRI的优先级最高,其次为TYPE_MOBILE_MMS,TYPE_MOBILE_SUPL,TYPE_MOBILE_DUN,
优先级最低的为TYPE_WIFI,TYPE_MOBILE。TYPE_WIFI,TYPE_MOBILE两个网络类型中,TYPE_WIFI大于TYPE_MOBILE的优先级
  
  在打开wifi的连接后,mobile网络会被关闭。wifi网络连接关闭后,mobile网络会重新连接.
  在处理网络连接的Handler的代码中有处理:
 
  1. private void handleConnect(NetworkInfo info) {  
  2.      int type = info.getType();  
  3.   
  4.      // snapshot isFailover, because sendConnectedBroadcast() resets it  
  5.      boolean isFailover = info.isFailover();  
  6.      NetworkStateTracker thisNet = mNetTrackers[type];  
  7.   
  8.      // if this is a default net and other default is running  
  9.      // kill the one not preferred  
  10.      if (mNetAttributes[type].isDefault()) {  
  11.          if (mActiveDefaultNetwork != -1 && mActiveDefaultNetwork != type) {  
  12.              if ((type != mNetworkPreference &&  
  13.                      mNetAttributes[mActiveDefaultNetwork].mPriority >  
  14.                      mNetAttributes[type].mPriority) ||  
  15.                      mNetworkPreference == mActiveDefaultNetwork) {  
  16.                     <span style="color:#3366FF;"// don't accept this one  
  17.                      if (DBG) Slog.v(TAG, "Not broadcasting CONNECT_ACTION " +  
  18.                              "to torn down network " + info.getTypeName());  
  19.                      teardown(thisNet);</span>  
  20.                      return;  
  21.              } else {  
  22.                 <span style="color:#3333FF;"// tear down the other  
  23.                  NetworkStateTracker otherNet =  
  24.                          mNetTrackers[mActiveDefaultNetwork];  
  25.                  if (DBG) Slog.v(TAG, "Policy requires " +  
  26.                          otherNet.getNetworkInfo().getTypeName() +  
  27.                          " teardown");  
  28.                  if (!teardown(otherNet)) {  
  29.                      Slog.e(TAG, "Network declined teardown request");  
  30.                      return;  
  31.                  }  
  32.                  if (isFailover) {  
  33.                      otherNet.releaseWakeLock();  
  34.                  }</span>  
  35.              }  
  36.          }  
  37.          mActiveDefaultNetwork = type;  
  38.          // this will cause us to come up initially as unconnected and switching  
  39.          // to connected after our normal pause unless somebody reports us as reall  
  40.          // disconnected  
  41.          mDefaultInetConditionPublished = 0;  
  42.          mDefaultConnectionSequence++;  
  43.          mInetConditionChangeInFlight = false;  
  44.          // Don't do this - if we never sign in stay, grey  
  45.          //reportNetworkCondition(mActiveDefaultNetwork, 100);  
  46.      }  
  47.      thisNet.setTeardownRequested(false);  
  48.      thisNet.updateNetworkSettings();  
  49.      handleConnectivityChange(type);  
  50.      sendConnectedBroadcast(info);  
  51.  }  

    
    因此请注意,由于WIFI优先级高于ETH网络,如果wifi被开启,可以eth就会被关闭掉,而如果我们想在
    这两者同时存在,那么在调用teardown(NetworkStateTracker)函数前进行判定即可。

2、启个各类网络监控器服务代码,这里以wifi为例
在ConnectivityService的构造函数中启动网络监视器的代码

  
  1. /* 
  2.    * Create the network state trackers for Wi-Fi and mobile 
  3.    * data. Maybe this could be done with a factory class, 
  4.    * but it's not clear that it's worth it, given that 
  5.    * the number of different network types is not going 
  6.    * to change very often. 
  7.    */  
  8.   boolean noMobileData = !getMobileDataEnabled();  
  9.   for (int netType : mPriorityList) {  
  10.       switch (mNetAttributes[netType].mRadio) {  
  11.       case ConnectivityManager.TYPE_WIFI:  
  12.           if (DBG) Slog.v(TAG, "Starting Wifi Service.");  
  13.           WifiStateTracker wst = new WifiStateTracker(context, mHandler);  
  14.           WifiService wifiService = new WifiService(context, wst);  
  15.           ServiceManager.addService(Context.WIFI_SERVICE, wifiService);  
  16.           wifiService.startWifi();  
  17.           mNetTrackers[ConnectivityManager.TYPE_WIFI] = wst;  
  18.           wst.startMonitoring();  
  19.           break;      


在settings中可以设置网络连接,比如打开wifi,打开bluetooth,设置apn的连接等等,在设置完成后,设置的消息会存在一个数据库中保存,并发送系统消息来广播网络设置的变化。


    在网络监视器中捕捉了settings中发出的相应的网络广播信息,网络监视器中注册了settings中网络变化的信息,有变化会做相应的处理,并将处理的结果存储在NetworkInfo类的一个对象中,在ConnectivityService中通过   

public NetworkInfo getNetworkInfo(int networkType)方法可以得知当前networkType类型网络的连接情况。


3、 应用监控
在app中,我们可以通过 ConnectivityManager 来获取当前的网络信息,并能指定当前程序需要的网络类型:
      ConnectivityManager mCnn = context.getSystemService(context.CONNECTIVITY_SERVICE);
      NetworkInfo         mNetinfo = mCnn.getActiveNetworkInfo();
      mCnn.setNetworkPreference(int preference);//设定首选网络类型。
假如没有设定,网络类型为系统默认。在wifi,3G网络同时存在的情况下,系统会默认的调用wifi网络,加载wifi的驱动,走wifi网络。

4、下面详细分析一下wifi网络信息

wifi 图示层次:

   ConnectivityService 的构造函数会将 WifiService 添加到 ServiceManager 中,使之需要服务者可以访问。


    mWifiStateTracker = new WifiStateTracker(context, handler);
    WifiService wifiService = new WifiService(context, mWifiStateTracker);
    ServiceManager.addService(Context.WIFI_SERVICE, wifiService);
    
WifiStateTracker 会创建 WifiMonitor 接收来自底层的事件,WifiService 和 WifiMonitor 是整个模块的核心。
WifiService 负责启动关闭 wpa_supplicant、启动关闭 WifiMonitor 监视线程
和把命令下发给 wpa_supplicant,而 WifiMonitor 则负责从 wpa_supplicant 接收事件通知。
  
  连接 AP:
1. 使能 WIFI

WirelessSettings 在初始化的时候配置了由 WifiEnabler 来处理 Wifi 按钮,
当用户按下 Wifi 按钮后, Android 会调用 WifiEnabler 的 onPreferenceChange,  
再由 WifiEnabler 调用 WifiManager 的 setWifiEnabled 接口函数,通过 AIDL,实际调用的是 WifiService 的
setWifiEnabled 函数,WifiService 接着向自身发送一条 MESSAGE_ENABLE_WIFI 消息,
在处理该消息的代码中做真正的使能工作:
  1. @Override  
  2. public void handleMessage(Message msg) {  
  3.     switch (msg.what) {  
  4.   
  5.   
  6.         case MESSAGE_ENABLE_WIFI:  
  7.             setWifiEnabledBlocking(true, msg.arg1 == 1, msg.arg2);  
  8.             if (mWifiWatchdogService == null) {  
  9.                 mWifiWatchdogService = new WifiWatchdogService(mContext, mWifiStateTracker);  
  10.             }  
  11.             sWakeLock.release();  
  12.             break;  

首先装载 WIFI 内核模块(该模块的位置硬编码为"/system/lib/modules/wlan.ko" ), 然后启动 wpa_supplicant
(配置文件硬编码为"/data/misc/wifi/wpa_supplicant.conf") 再通过 WifiStateTracker 来启动 
WifiMonitor 中的监视线程。
  1. private boolean setWifiEnabledBlocking(boolean enable, boolean persist, int uid) {  
  2. ...  
  3.     setWifiEnabledState(enable ? WIFI_STATE_ENABLING : WIFI_STATE_DISABLING, uid);  
  4.   
  5.   
  6.     if (enable) {  
  7.         if (!mWifiStateTracker.loadDriver()) {  
  8.             Slog.e(TAG, "Failed to load Wi-Fi driver.");  
  9.             setWifiEnabledState(WIFI_STATE_UNKNOWN, uid);  
  10.             return false;  
  11.         }  
  12.         if (!mWifiStateTracker.startSupplicant()) {  
  13.             mWifiStateTracker.unloadDriver();  
  14.             Slog.e(TAG, "Failed to start supplicant daemon.");  
  15.             setWifiEnabledState(WIFI_STATE_UNKNOWN, uid);  
  16.             return false;  
  17.         }  
  18.   
  19.   
  20.         registerForBroadcasts();  
  21.         mWifiStateTracker.startEventLoop();  
  22.     }  

当使能成功后,会广播发送 WIFI_STATE_CHANGED_ACTION 这个 Intent 通知外界 WIFI 已经成功使能了


        // Broadcast
        final Intent intent = new Intent(WifiManager.WIFI_STATE_CHANGED_ACTION);
        intent.addFlags(Intent.FLAG_RECEIVER_REGISTERED_ONLY_BEFORE_BOOT);
        mContext.sendStickyBroadcast(intent);


WifiEnabler 创建的时候就会向 Android 注册接收
  1. /** 
  2.  * Registers to receive the necessary Wi-Fi broadcasts. 
  3.  */  
  4. private void registerForWifiBroadcasts() {  
  5.     IntentFilter intentFilter = new IntentFilter();  
  6.     intentFilter.addAction(WifiManager.NETWORK_STATE_CHANGED_ACTION);  
  7.     intentFilter.addAction(WifiManager.WIFI_STATE_CHANGED_ACTION);  
  8.     mContext.registerReceiver(mReceiver, intentFilter);  
  9. }  

WIFI_STATE_CHANGED_ACTION,因此它会收到该 Intent,从而开始扫描。
  1. /** 
  2.  * see {@link android.net.wifi.WifiManager#startScan()} 
  3.  */  
  4. public void startScan(boolean forceActive) {  
  5.     enforceChangePermission();  
  6.     if (mWifiHandler == nullreturn;  
  7.   
  8.   
  9.     Message.obtain(mWifiHandler, MESSAGE_START_SCAN, forceActive ? 1 : 00).sendToTarget();  
  10. }  

2. 查找 AP

扫描的入口函数是 WifiService 的 startScan,它其实也就是往 wpa_supplicant 发送 SCAN 命令。

  1. static jboolean android_net_wifi_scanCommand(JNIEnv* env, jobject clazz, jboolean forceActive)  
  2. {  
  3.     jboolean result;  
  4.   
  5.   
  6.     // Ignore any error from setting the scan mode.  
  7.     // The scan will still work.  
  8.     if (forceActive && !sScanModeActive)  
  9.         doSetScanMode(true);  
  10.     result = doBooleanCommand("SCAN""OK");  
  11.     if (forceActive && !sScanModeActive)  
  12.         doSetScanMode(sScanModeActive);  
  13.     return result;  
  14. }  

 

当 wpa_supplicant 处理完 SCAN 命令后,它会向控制通道发送事件通知扫描完成,从而wifi_wait_for_event 函数会接收到该事件,由此 WifiMonitor 中的 MonitorThread 会被执行来出来这个事件

 

  1. static jstring android_net_wifi_waitForEvent(JNIEnv* env, jobject clazz)  
  2. {  
  3.     char buf[256];  
  4.   
  5.   
  6.     int nread = ::wifi_wait_for_event(buf, sizeof buf);  
  7.     if (nread > 0) {  
  8.         return env->NewStringUTF(buf);  
  9.     } else {  
  10.         return  env->NewStringUTF(NULL);  
  11.     }  
  12. }  
  13.   
  14.   
  15. void handleEvent(int event, String remainder) {  
  16.    case SCAN_RESULTS:  
  17.          mWifiStateTracker.notifyScanResultsAvailable();  
  18.          break;  

 

WifiStateTracker 则接着广播发送 SCAN_RESULTS_AVAILABLE_ACTION 这个 Intent
   case EVENT_SCAN_RESULTS_AVAILABLE:
   mContext.sendBroadcast(new Intent(WifiManager.SCAN_RESULTS_AVAILABLE_ACTION));


WifiLayer 注册了接收 SCAN_RESULTS_AVAILABLE_ACTION 这个 Intent,所以它的相关
处理函数 handleScanResultsAvailable 会被调用,在该函数中,先会去拿到 SCAN 的结果
(最终是往 wpa_supplicant 发送 SCAN_RESULT 命令并读取返回值来实现的)                             ,


List<ScanResult> list = mWifiManager.getScanResults();


对每一个扫描返回的 AP,WifiLayer 会调用 WifiSettings 的 onAccessPointSetChanged 函数,
从而最终把该 AP 加到 GUI 显示列表中。
  1. public void onAccessPointSetChanged(AccessPointState ap, boolean added) {  
  2.      AccessPointPreference pref = mAps.get(ap);  
  3.      if (added) {  
  4.            if (pref == null) {  
  5.                  pref = new AccessPointPreference(this, ap);  
  6.                  mAps.put(ap, pref);  
  7.            } else {  
  8.                  pref.setEnabled(true);  
  9.            }  
  10.   
  11.   
  12.            mApCategory.addPreference(pref);  
  13.      }  
  14. }  


3. 配置 AP 参数


当用户在 WifiSettings 界面上选择了一个 AP 后,会显示配置 AP 参数的一个对话框,
  1. public boolean onPreferenceTreeClick(PreferenceScreen preferenceScreen, Preference  
  2.                     preference) {  
  3.           if (preference instanceof AccessPointPreference) {  
  4.                 AccessPointState state=((AccessPointPreference)preference).getAccessPointState();  
  5.                 showAccessPointDialog(state, AccessPointDialog.MODE_INFO);  
  6.           }  
  7.      }  

4. 连接


当用户在 AcessPointDialog 中选择好加密方式和输入密钥之后,再点击连接按钮,Android就会去连接这个 AP。
  1. private void handleConnect() {  
  2.      String password = getEnteredPassword();  
  3.      if (!TextUtils.isEmpty(password)) {  
  4.            mState.setPassword(password);  
  5.      }  
  6.   
  7.   
  8.      mWifiLayer.connectToNetwork(mState);  
  9. }  

WifiLayer 会先检测这个 AP 是不是之前被配置过,这个是通过向 wpa_supplicant 发送LIST_NETWORK 命令并且比较返回值来实现的,
      // Need WifiConfiguration for the AP
      WifiConfiguration config = findConfiguredNetwork(state);

如果 wpa_supplicant 没有这个 AP 的配置信息则会向 wpa_supplicant 发送 ADD_NETWORK 命令来添加该 AP,

          if (config == null) {
                // Connecting for the first time, need to create it
                config  =  addConfiguration(state,ADD_CONFIGURATION_ENABLE|ADD_CONFIGURATION_SAVE);


          }


ADD_NETWORK 命 令 会 返 回 一 个 ID , WifiLayer 再 用 这 个 返 回 的 ID 作 为 参 数 向
wpa_supplicant 发送 ENABLE_NETWORK 命令,从而让 wpa_supplicant 去连接该 AP。
          // Make sure that network is enabled, and disable others
          mReenableApsOnNetworkStateChange = true;


          if (!mWifiManager.enableNetwork(state.networkId, true)) {
                Log.e(TAG, "Could not enable network ID " + state.networkId);
                error(R.string.error_connecting);
                return false;
          }


5. 配置 IP 地址

当 wpa_supplicant 成功连接上 AP 之后,它会向控制通道发送事件通知连接上 AP 了,从而
wifi_wait_for_event 函数会接收到该事件,由此 WifiMonitor 中的 MonitorThread 会被执行来
出来这个事件,
    void handleEvent(int event, String remainder) {
        case CONNECTED:
             handleNetworkStateChange(NetworkInfo.DetailedState.CONNECTED,remainder);
             break;


WifiMonitor 再调用 WifiStateTracker 的 notifyStateChange,WifiStateTracker 则接着会往自身
发送 EVENT_DHCP_START 消息来启动 DHCP 去获取 IP 地址,

  1. private void handleConnectedState() {  
  2.      setPollTimer();  
  3.      mLastSignalLevel = -1;  
  4.      if (!mHaveIPAddress && !mObtainingIPAddress) {  
  5.            mObtainingIPAddress = true;  
  6.            mDhcpTarget.obtainMessage(EVENT_DHCP_START).sendToTarget();  
  7.      }  
  8. }  


然后再广播发送 NETWORK_STATE_CHANGED_ACTION 这个 Intent
    case EVENT_NETWORK_STATE_CHANGED:
         if (result.state != DetailedState.DISCONNECTED || !mDisconnectPending) {
               intent = new Intent(WifiManager.NETWORK_STATE_CHANGED_ACTION);
               intent.putExtra(WifiManager.EXTRA_NETWORK_INFO,mNetworkInfo);
               if (result.BSSID != null)
               intent.putExtra(WifiManager.EXTRA_BSSID, result.BSSID);
               mContext.sendStickyBroadcast(intent);
         }
         break;


WifiLayer 注册了接收 NETWORK_STATE_CHANGED_ACTION 这个 Intent,所以它的相关处理函数 handleNetworkStateChanged 会被调用,
当 DHCP 拿到 IP 地址之后,会再发送 EVENT_DHCP_SUCCEEDED 消息,

  1. private class DhcpHandler extends Handler {  
  2.      public void handleMessage(Message msg) {  
  3.            switch (msg.what) {  
  4.                 case EVENT_DHCP_START:  
  5.                      if (NetworkUtils.runDhcp(mInterfaceName, mDhcpInfo)) {  
  6.                            event = EVENT_DHCP_SUCCEEDED;  
  7.                       }  


WifiLayer 处 理 EVENT_DHCP_SUCCEEDED 消息 , 会再次广播发送NETWORK_STATE_CHANGED_ACTION 这个 Intent,这次带上完整的 IP 地址信息。

 

 

  1. case EVENT_DHCP_SUCCEEDED:  
  2.      mWifiInfo.setIpAddress(mDhcpInfo.ipAddress);  
  3.      setDetailedState(DetailedState.CONNECTED);  
  4.      intent =new Intent(WifiManager.NETWORK_STATE_CHANGED_ACTION);  
  5.      intent.putExtra(WifiManager.EXTRA_NETWORK_INFO, mNetworkInfo);  
  6.      mContext.sendStickyBroadcast(intent);  
  7.      break;  
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